Радиобиология

Київського національного університету імені Тараса Шевченка
РАДІОБІОЛОГІЯ

штучні джерела іонізуючого випромінювання. Природна радіоактивність, радіоактивні ізотопи та їх

перетворення. Космічні промені.

призводить до іонізації атомів і молекул.

Іонізуюче випромінювання в вузькому

розумінні це потік елементарних частинок або високоенергетичних квантів електромагнітного випромінювання, що утворюється при радіоактивному розпаді хімічних елементів, ядерних перетвореннях, гальмуванні заряджених частинок в речовині або при релятивістському прискоренні у природних або штучних прискорювачах. Проходження іонізуючого випромінювання через речовину призводить до іонізації і збудження атомів або молекул середовища.

і збудження атомів або молекул середовища.

Іонізація – це утворення

електрично заряджених частинок - електронів, протонів та іонів атомів і молекул середовища.

Іонізація може здійснюватися шляхом відриву від атомів, що складають молекули, одного або декількох електронів з утворенням іону або за рахунок переходу електрона (електронів) від однієї частинки до іншої з набуттям ними зарядів.

і корпускулярні.

Фотонне іонізуюче випромінювання - це всі види електромагнітного

випромінювання, що виникають при зміні енергетичного стану атомних ядер, електронів атомів або анігіляції часток - ультрафіолетове і характеристичне рентгенівське випромінювання; випромінювання, що виникають при радіоактивному розпаді та інших ядерних реакціях і при гальмуванні заряджених частинок в електричному або магнітному полі.

124 000 електрон-вольт (еВ) і довжину хвилі менше 0,01 нм

= 0,1 Å.

Основні джерела гамма-випромінювання: космос, ядерні реакції, радіоактивний розпад, синхротронне випромінювання.

Різкої нижньої межі для гамма-випромінювання не існує, проте зазвичай вважається, що гамма-кванти випромінюються ядром, а рентгенівські кванти - електронною оболонкою атома (це лише термінологічне розходження, що не зачіпає фізичних властивостей випромінювання). На шкалі електромагнітних хвиль гамма-випромінювання межує з рентгенівським випромінюванням, займаючи діапазон більш високих частот і енергій. В області 1-100 кеВ гамма-випромінювання і рентгенівське випромінювання розрізняються тільки по джерелу.

лежить на шкалі електромагнітних хвиль між ультрафіолетовим випромінюванням і гамма-випромінюванням,

що відповідає довжинам хвиль від 10-2 до 102 Å (від 10-12 до 10-8 м).

Рентгенівські кванти випромінюються в основному при переходах електронів в електронній оболонці важких атомів на нижчі електронні орбіталі. Вакансії на нижчих орбіталях створюються електронним ударом, який призводить до збудження електронів і їх переходу на вищі рівні.

Рентгенівське випромінювання, створене таким чином, має лінійчатий спектр з частотами, характерними для даного атома.

яке має довжину хвилі від 10 нм з енергією 124

еВ до 0,1 нм = 1 Å з енергією 12400 еВ. Джерелами м’якого рентгенівського випромінювання є електронно-променеві трубки, «теплове» випромінювання плазми.

жорстке рентгенівське випромінювання, яке має довжину хвилі від 0,1 нм = 1 Å з енергією 12400 еВ до 0,01 нм = 0,1 Å з енергією 124 000 еВ.
Джерела жорсткого випромінювання є деякі ядерні реакції, електронно-променеві трубки.

і β-променів, не містять заряджених частинок і тому не відхиляються

електричними і магнітними полями, вони характеризуються більшою проникаючою здатністю при рівних енергіях і інших рівних умовах.

гамма-випромінювання через речовину є:

1. фотоефект;
2. Комптон-ефект;
3. Ефект утворення пар;
4. Ядерний

фотоефект.

і корпускулярні.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання – це потоки альфa- і

бета-частинок, протонів, прискорених іонів і електронів, нейтронів та інших.

Корпускулярне випромінювання потоку заряджених частинок відноситься до класу безпосередньо іонізуючого випромінювання.

Корпускулярне випромінювання потоку незаряджених частинок називають вторинним іонізуючим випромінюванням.

випромінювання;

4. протонне та іонне випромінювання;

5. космічне випромінювання

(включає всі попередні).

що приходить на Землю з космосу.
Космічні промені переважно складаються

з:
1. протонів ~92%
2. ядер гелію ~7%
3. більш важкі елементи, такі як Li, Be, B, Fe та ін.
складають менше 1 %.

Проникаючи вглиб атмосфери, космічне випромінювання взаємодіє з ядрами атомів, що входять до складу атмосфери, і утворює потоки вторинних частинок (мезони, гамма-кванти, нейтрони та ін.)

до складу атмосфери, і утворює потоки вторинних частинок (мезони, гамма-кванти,

нейтрони та ін.), що отримали назву широких атмосферних злив.

- це природний або штучний об'єкт, що містить радіоактивний матеріал

(радіонуклід) або є природним об'єктом або технічним пристроєм, що генерує іонізуюче випромінювання.

Природні джерела – земні породи Землі що містять радіоактивні ізотопи, Сонце, космічні об'єкти.

Штучні джерела – технічні пристрої, прискорювачі, штучні радіоактивні елементи.

спонтанного перетворення нестійкого ізотопу хімічного елементу в інший ізотоп (зазвичай

іншого елемента) шляхом радіоактивного розпаду, що супроводжується випромінюванням гамма-квантів, елементарних частинок або ядерних фрагментів.

Бета-розпад супроводжується випромінюванням електронів або/і позитронів:




Після бета-розпаду атомний номер елементу зміщується на одну позицію в таблиці Менделєєва.


.

і α-частинку (ядро атома гелію).

α-розпад є властивістю важких ядер з

масовим числом А≥200.






Після альфа-розпаду атомний номер елементу зміщується вліво на дві позиції в таблиці Менделєєва.

стані, при якому вони мають велику порівняно з незбудженим станом

енергію.

У збуджений стан ядра можуть переходити при ядерних реакціях або при радіоактивних розпадах інших ядер.

Більшість збуджених станів ядер мають дуже нетривалий час життя - менше наносекунди.

часу t в речовині пропорційно числу N наявних у зразку

радіоактивних атомів даного типу.
λ – це постійна розпаду, яка характеризує ймовірність радіоактивного розпаду за одиницю часу і має розмірність с-1 .

Закон вказує на незалежність розпаду радіоактивних ядер один від одного і від часу: ймовірність розпаду даного ядра в кожну наступну одиницю часу не залежить від часу, що пройшов з початку експерименту.

життя:


τ – час життя, тобто це проміжок часу, протягом

якого система розпадається з ймовірністю 1 – 1/е, де е = 2,71828… - число Ейлера.
τ – час життя пов’язаний з періодом напіврозпаду Т1/2, що визначається як:


Період напіврозпаду Т1/2 визначає час, протягом якого число частинок, що незмінились, в середньому зменшується вдвічі.

принципи генерації рентгенівських променів.
Системи генерації іонізуючого випромінювання на основі

радіоактивних ізотопів.
Генерація іонізуючого випромінювання в прискорювачах.

K - катод, А - анод (іноді званий антикатоді), С

- тепловідвід, Uh – електрична напруга напруження катода, Ua - прискорююча напруга, Win і Wout – відповідно вхід і вихід водяного охолодження.

Джерела іонізуючого випромінювання

в якості радіоактивних джерел гамма-квантів використовуються бета-активні ізотопи. На рис.

2 як приклад показані схеми розпаду 60Co і 22Na .

головки

іонізуючими випромінюваннями і радіоактивними ізотопами ( самостійне вивчення матеріалу !!!

).

вимірюються за допомогою лабораторних методів, відносять (Гродзинський, 2000):
1. кількість альфа-

і бета-частинок випромінених, перенесених або поглинутих опромінюваним об'єктом;
2. потік іонізуючих частинок або випромінювання;
3. щільність потоку іонізуючих частинок та випромінювання;
4. міграція іонізуючих частинок або випромінювання;
5. енергія іонізуючого випромінювання.

хімічні сполуки супроводжується зміною їхнього складу. Кількість молекул, що зазнали

відповідних перетворень, залежить від дози їхнього опромінення. На цьому принципі ґрунтується дія хімічних дозиметрів. Для визначення особливостей радіаційно-хімічних реакцій речовини застосовуються різні методи досліджень, з яких найчастіше використовують спектроскопію, а також методи реєстрації флуоресценції й хемілюмінесценції.
Методи спектроскопії і люмінесценції дають можливість виявлення первинних хімічних форм, що виникають унаслідок поглинання енергії іонізуючого випромінювання, а також допомагають вивчати природу походження певних станів молекул і атомів, реєструвати проміжні продукти радіаційно-хімічних перетворень речовин із дуже коротким періодом існування.

з великою швидкістю, спричиняючи іонізацію газів.
Іонізаційні дозиметри являють собою

герметичні камери, заповнені певним газом, з двома підведеними електродами, до яких під'єднано високу напругу. Як тільки у камері з'являються носії електричного заряду (іони), виникає імпульс струму, силу якого реєструють за допомогою високочутливого гальванометра.

Лічильник Гейгера

що ґрунтується на використанні сцинтиляторів – органічних чи неорганічних речовин

у вигляді хімічних розчинів або кристалів, наприклад йодиду натрію, нафталіну, антрацену.

У сцинтиляторах під дією іонізуючого випромінювання виникають світлові спалахи, які реєструються за допомогою фотоелектронного множника. Енергія світлових спалахів залежить від енергетичних характеристик випромінювання, що дозволяє вивчати спектральні характеристики іонізуючого випромінювання.

Цей ефект застосовують у сцинтилятивних дозиметрах.

за детектор іонізуючого випромінювання служить напівпровідник, електропровідність якого змінюється під

впливом радіації.

Більшість напівпровідників реагують лише на нейтронне випромінювання, тому їх переважно використовують у радіометрії нейтронів.

Фотодіодний метод з використанням ПЗЗ-матриць (ПЗЗ - прилад з зарядовим зв'язком, CCD, «Charge-Coupled Device»).

фотографічних зображень, одержаних у результаті дії іонізуючого випромінювання від об'єктів

дослідження на різні фоточутливі матеріали.
Цей метод використовують для визначення просторової локалізації джерел високої радіоактивності в межах досліджуваного об'єкта.
В якості фоточутливих матеріалів часто використовують рентгенівську або фотополімерну плівку, різні фотопластинки і особливі ядерні емульсії.

надзвичайно чутливими до дії іонізуючого випромінювання і разом з тим

вони не реагують на багаторазове повторення їхнього опромінення.
Реакцію таких біологічних об'єктів на опромінення використовують як оригінальні радіобіологічні дозиметри.